孙梦临

关键词：重金属离子;吸附材料;研究进展

重金属是指相对原子质量为63.50～200.06、相对密度大于5的金属，目前发现的约有45种，通常是原子序数为24以上的过渡金属元素，具有代表性的重金属元素主要有铜、铅、锌、钴、铬、汞、银等。铜、锌、锰等是人体必需的微量元素，其他大部分重金属元素对人体有害，因为不会被人体内的微生物分解，一旦摄入，就会在体内沉淀，同时与生物分子相互作用，使其失活，因此，重金属对人体危害很大[1-2]。例如，镉离子会损害肾脏，铜离子会损害肝脏，镍离子会引发皮炎或慢性哮喘。重金属及其化学合成物造成的环境污染又称重金属污染，主要由采矿、冶金、化工、废气排放、污水排放等人为或工业因素造成，其危害程度因重金属的浓度而异，主要以化学形式出现在环境、食物、生物体以及污水中，部分存在于空气和固体废物中。重金属污染目前已成为世界范围内亟待解决的重大污染问题，是当前的研究热点和环境科研人员所面临的挑战[3]。由于重金属不能被微生物分解，环境介质的污染具有隐匿性、长期性、积累性等特点，目前尚未找到普遍有效的处理方法，有必要深入处理和研究，解决我国环境中日益严重的重金属污染问题。

1重金属离子吸附材料现状分析

重金属离子吸附材料作为一种新型材料，对解决污染问题具有关键作用。吸附材料根据作用原理，可分为化学吸附材料、物理吸附材料以及亲和吸附材料;根据材料的形状和结构特点，可分为多孔吸附材料、无孔吸附材料等;还可以分为有机高分子吸附材料和无机吸附材料、合成吸附材料和天然吸附材料。目前，重金属离子吸附材料已成为环境学科的研究热点。

首先，分类时需要严格按照吸附机理进行，包括物理、化学与亲和吸附等。物理吸附是指在不改变被吸附物质的物理和化学性质的情况下，将被吸附物质吸附并固定在表面。化学吸附是通过电子转移与被吸附物质形成化学键或配位键发生吸附作用。亲和吸附是凭借溶质和吸附剂之间的特殊生物结合力发挥良好的吸附作用。吸附剂在对重金属离子进行吸附时，也不可避免地会受到离子的影响。

其次，为了发挥良好的重金属离子吸附作用，就要加强对动力学和热力学之间联系的研究。要想加强对吸附热力学的研究，就要重点分析实验数据，进而设计几种不同的等温吸附模型，计算吸附系统的焓和熵等参数，推动离子吸附过程中各种问题的有效解决。吸附动力学的研究需要严格根据吸附量和时间关系曲线进行分析，在对数据进行综合分析后，根据模型计算，保证实验数据的准确性。

最后，因为不同材料具有不同的组成部分，一般情况下，重金属离子吸附材料包括无机、高分子与复合吸附等类型，所以在利用不同的材料时，需要根据不同的应用需求进行选择，加强对不同吸附材料的等量处理[4]。

2重金属离子吸附材料的特点

2.1离子选择性吸附材料

所谓的选择性吸附，就是因为吸附材料的组成与结构差异性，导致其可以对特殊材料进行有针对性的吸附。因为在正常情况下，吸附剂的选择性越高，对重金属离子的吸收效果就会越理想。现阶段，离子选择性吸附材料包括多种类型：（1）结构包含氨基、羧基和巯基等的配位基团，能够与特定重金属离子形成选择性吸附;（2）被吸附材料能够实现与特定离子的结合，进而约束离子的选择性吸附行为。对于模板离子，需要根据不同属性，将其制成结构和特点较为明显的特定离子印迹，方便吸附各种材料。

要想充分发挥螯合吸附材料的作用，需要加强对配位基团与离子的利用，通过有效的配位，使其成为有机金属螯合物，进而研发出一种对重金属离子的选择性吸附材料。含有硫配位基团的吸附树脂往往可以选择性地吸附汞离子和三价金离子。一些国外研究人员以硫脲和尿素为原料，分别合成了含硫键的硫脲树脂和脲醛树脂，可以选择性地吸附在含有铜离子、锌离子和金离子的溶液上，实现对三价金离子的有效分离，吸附容量通常可以设置为52.00和89.22mg/g，在完成吸附后，可以根据情况进行多次反复使用。

与此同时，为了保证良好的吸附性，需要在实际的树脂制备中充分利用一步法，实现对聚丙烯腈-2-氨基噻唑螯合树脂的生成，保证其具有理想的吸附效果。在镍离子、铜离子、锌离子、铅离子和汞离子的混合溶液中，树脂对汞离子具有特异性和选择性吸附行为，吸附容量可达527.00mg/g，而且不会在使用中对其他离子造成影响。对于存在氮原子配位基团的材料以及铜离子，可以实现良好的匹配，进而有针对性地加强对溶液中铜离子的吸附。另外，还有利用含有氮原子的菲咯啉对纳米介孔碳材料进行修饰，该材料可以选择性地吸附混合离子溶液（含有钙、铁、镍、锌和铜离子）中的铜离子，去除效能较高，其他离子的去除效能相对较低。有些胺肟基团含量较高的材料对一些放射性离子也具有优异的吸附性能，将聚丙烯腈纤维联合羟胺反应，能够实现对胺肟基聚丙烯腈纤维材料的利用，从根本上实现对放射性元素的有效提取，增强吸附性，保证理想的吸附效果[5]。

2.2離子印迹吸附材料

在利用离子印迹技术时，需要加强对阴阳离子的利用，是一种具有特定属性的新技术。离子印迹技术的使用可以科学地实现对空间结构的组合，加强对模板离子的特异性识别与分离。相关人员以铅离子为模板制备了二硫代氨基甲酸酯-壳聚糖微球。当溶液酸碱值为6时，可以选择性吸附铅离子，吸附容量可达358.00mg/g。另外，利用该材料时，需要将壳聚糖、二乙烯基苯等作为基础原料，科学地制备出银离子实心颗粒与空心颗粒等不同形态的银离子印迹颗粒，这些材料对银离子的单层吸附容量优异，对银铜离子及锌银离子的吸附选择性因子均大于4，表现出优异的吸附选择性。

2.3降解生物质基材料

纤维素、木质素等可再生生物质资源的显著属性在于其具有较高的利用效果，利用成本较低，能够实现有效降解。现阶段，将应用范围比较广泛的天然物质可降解吸附材料应用于废弃物的回收和利用，具有显著的成效。利用生物质资源的目的就是制造重金属离子吸附材料，不仅孔隙率相对较高，而且使用的表面积较大，能够吸附重金属离子。生物质富含羧基、氨基等重金属离子吸附剂，可通过离子交换和螯合吸附离子。但是在实际利用过程中，将天然生物质资源用于重金属吸附剂吸附能力较差的吸附工作，可以有效解决吸附选择性低的问题。为了保证吸附材料的生物属性，研究人员采用化学改性以及材料复合的方法制备了吸附性能更好的可降解吸附材料[6]。F976FBC5-D976-4DB3-9C3D-13B2EE44AE70

纤维素是大自然中的天然资源，属于D-吡喃葡萄糖经过糖苷键连接后形成的一种有效的高分子多糖，能够通过使用马来酸酐酯化纤维素保证表面羧基升高，改性后纤维素的吸附性能够达到173.00mg/g。另外，还可以采用溶胶-凝胶法制备磁性壳聚糖-纤维素复合微球，其对铜离子的吸附量高达76.00mg/g。共存离子对吸附性能影响不大，即使在解吸和重复使用后，仍具有优异的铜离子吸附性能。

壳聚糖是甲壳素脱乙酰化得到的线型聚合物，其分子结构中含有许多能与金属离子直接配位的基团，如氨基、羧基等，这些活性基团也很容易转化为壳聚糖。专业人士利用硫脲等材料研制成席夫碱壳聚糖，经过改性后，壳聚糖对六价铬和镉离子的吸附容量和去除率都可以显著提高。另外，将壳聚糖分子包裹在磁性纳米氧化铁表面，利用可降解酮戊二酸制备壳聚糖纳米材料，属性为磁性，对铜离子的最大吸附容量可达96.00mg/g，配合磁选技术可反复利用。充分利用壳聚糖凝胶对硅藻土进行包装，能够有效制备壳聚糖复合吸附材料，对汞的单层吸附量高达116.00mg/g，比未改性硅藻土高。因此，这种吸附能力大大提高，是通过调整壳聚糖的离子完成的。

木质素作为一种芳香性较强的生物资源，具有较高的储存量和吸附性，经过反复重整和处理后，能够实现对高吸附性重金属离子吸附材料的利用。在此過程中，能够充分利用甘氨酸、胱氨酸接枝等制备吸附剂。羧基和氨基基团的引入允许吸附材料影响铜离子，对铜离子和铅离子的吸附容量分别可达76.00、92.00mg/g。另外，使用碱性木质素、聚乙烯亚胺和二硫化碳制备的多孔木质材料，由于材料比表面积和孔径的增加以及氮和硫原子的引入，对铅离子的吸附能力高达190.00mg/g，和碱性木质素相比，性能提高13倍，在研究吸附动力学时发现，对于离子的吸附，需要严格按照二次动力理论来完成，以保证其自热属性。

农林废弃物属于一种农林加工产品，主要利用的原材料包括果皮、甘蔗等，这些材料用于吸附材料的开发时优势显著，而且利用成本较低、降解属性较强，可以被相关环境工作者广泛利用。例如未经处理的咖啡豆壳对溶液中铜离子、镉离子和锌离子的吸附性分别为65%、85%及64%，而花生壳对铜离子和三价铬离子的饱和吸附容量分别为26.00、27.88mg/g，因此，可以快速达到吸附平衡。

3重金属离子

吸附材料的研究展望吸附法以其高效、易操作、选择性高等优点占据重要地位，开发成本低、选择性更好的吸附材料是当前研究的重点。以秸秆、稻壳、木屑等农林废弃物、钢渣等工业废弃物、污水处理厂残渣等为原料生产新型吸附剂，不仅能有效处理农林残渣以及工业废物，也可以循环利用并提供给污水处理行业。通过使用更便宜、应用范围更广的材料，真正实现了“以废治废”的目标。

未来重金属离子废水处理领域的研究主要集中在以下方面：通过各种方式提升吸附效率，优化技术，大幅度降低建造成本，开发更有效的可降解、无污染、可回收吸附材料;将现有研究成果转化为实际应用，探索新型吸附剂在复杂工业废水环境中的吸附效果，并采用现代化科研手段进行分析和改进，对于有显著影响的因素和吸附剂，必须根据实际需要进行改进和优化。F976FBC5-D976-4DB3-9C3D-13B2EE44AE70